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Carbon nanotubes decorated by fluidized bed CVD : Application in lithium-ion battery
No full textLa technologie lithium-ion est largement utilisée pour le stockage de l’énergie électrique. Le graphite, fréquemment utilisé comme matériau d’anode, peut être avantageusement remplacé par des nanomatériaux hybrides, alliant la forte densité d’énergie du silicium aux nanotubes de carbone qui possèdent des propriétés électriques et mécaniques remarquables. Le procédé de Dépôt Chimique à partir d’une phase Vapeur (CVD) en lit fluidisé est particulièrement performant pour revêtir de façon uniforme des poudres, y compris des micro- et nano-poudres, par des matériaux divers. Des expériences de dépôt de silicium par CVD en lit fluidisé à partir de silane SiH4 ont été menées sur des nanotubes de carbone multiparois enchevêtrés en pelotes de 450 µm de diamètre médian (ARKEMA Graphistrength C100), couvrant la gamme de 10 à 70 % en masse de silicium déposé. Le silicium est déposé uniformément du bord jusqu’au cœur des pelotes, sous forme de nanoparticules réparties régulièrement sur les nanotubes, et dont la taille augmente avec la durée du dépôt. L’étude du comportement hydrodynamique du lit fluidisé révèle que les nanotubes de carbone fluidisent de façon homogène et avec une forte expansion, pour des vitesse de gaz modérées. Ainsi, les transferts de matière entre la phase solide et la phase gaz durant la fluidisation sont très élevés. Enfin, la capacité de cyclage charge-décharge des électrodes nanotubes de carbone - nanoparticules de silicium a été vérifiée en demi-pile au lithium.Lithium-ion technology is widely used for electrical energy storage. Graphite, frequently used as anode material, could be usefully replaced by hybrid nanomaterials adding the great energy density of silicon to carbon nanotubes, who have remarkable electrical and mechanical properties. The Chemical Vapor Deposition (CVD) in fluidized bed process is specially performant in uniformly coating powders, including micro and nano powders, with various materials. Fluidized bed CVD of silicon experiments, from silane SiH4, have been conducted on multiwalled carbon nanotubes, entangled in pellets, 450 µm in median diameter (ARKEMA Graphistrength C100), covering a range from 10 to 70 % in total mass of deposited silicon. Silicon is uniformly deposited from shell to core of the pellets, forming nanoparticules regularly deposited on nanotubes and size-dependant to the CVD run duration. The study of hydrodynamic behavior of fluidized bed shows that carbon nanotubes fluidize homogeneously and with a wide expansion, for moderated gas velocity. Thus, mass transport between solid and gas phase during the fluidization are very high. Finally, the charge-discharge cycling capacity of carbon nanotubes - silicon nanoparticles electrodes has been checked in lithium half-cell
Study of the fluidized bed chemical vapor deposition process on very dense powder for nuclear applications
No full textCette thèse s’inscrit dans le cadre du développement d’un combustible nucléaire faiblement enrichi pour les réacteurs de recherche, constitué de particules d’uranium-molybdène mélangées à une matrice d’aluminium. Dans certaines conditions sous irradiations, les particules d’U(Mo) interagissent avec la matrice d’aluminium, provoquant un gonflement rédhibitoire de la plaque combustible. Pour inhiber ce phénomène, une solution consiste à déposer, à la surface des particules d’U(Mo), une fine couche de silicium, pour créer un effet barrière. Cette thèse a concerné l’étude du procédé de dépôt chimique à partir d’une phase vapeur (CVD) en lit fluidisé à partir de silane pour déposer le silicium sur la poudre d’U(Mo), qui a une densité exceptionnelle de 17,5. Pour atteindre cet objectif, deux axes d’études ont été traités au cours de la thèse : l’étude et l’optimisation de la mise en fluidisation d’une poudre aussi dense, puis celles du procédé de dépôt de silicium. Pour le premier axe, une campagne d’essais a été réalisée sur poudre simulante de tungstène dans différentes colonnes de fluidisation en verre et en acier avec des diamètres internes compris entre 2 et 5 cm, à température ambiante et à haute température (650°C), proche de celle des dépôts. Cette campagne a permis d’identifier des phénomènes d’effets de bord au sein du lit fluidisé, pouvant conduire à des dépôts hétérogènes ou à des prises en masse. Des dimensions de colonnes de fluidisation et des conditions opératoires permettant une fluidisation satisfaisante de la poudre ont pu être identifiées, ouvrant la voie à l’étude du dépôt de silicium. Plusieurs campagnes d’essais de dépôt sur poudre simulante, puis sur poudre U(Mo), ont ensuite été menées dans le cadre du second axe d’étude. L’influence de la température du lit, de la fraction molaire d’entrée en silane dilué dans l’argon, et du débit total de fluidisation, a été étudiée pour différents diamètres de réacteur et pour diverses masses de poudre. Des analyses de caractérisation morphologique et structurale (MEB, DRX...) ont révélé un dépôt de silicium uniforme sur toute la poudre et autour de chaque grain, majoritairement cristallisé et dont l’épaisseur atteint les objectifs visés. Des recommandations précises ont ainsi pu être émises pour optimiser les caractéristiques du dépôt de silicium sur la poudre combustible U(Mo) par le procédé de CVD en lit fluidisé.This thesis is part of the development of low-enriched nuclear fuel, for the Materials Test Reactors (MTRs), constituted of uranium-molybdenum particles mixed with an aluminum matrix. Under certain conditions under irradiations, the U(Mo) particles interact with the aluminum matrix, causing unacceptable swelling of the fuel plate. To inhibit this phenomenon, one solution consists in depositing on the surface of the U(Mo) particles, a thin silicon layer to create a barrier effect. This thesis has concerned the study of the fluidized bed chemical vapor deposition (CVD) process to deposit silicon from silane, on the U(Mo) powder, which has an exceptional density of 17,500 kg/m3. To achieve this goal, two axes were treated during the thesis: the study and the optimization of the fluidization of a so dense powder, and then those of the silicon deposition process. For the first axis, a series of tests was performed on a surrogate tungsten powder in different columns made of glass and made of steel with internal diameters ranging from 2 to 5 cm, at room temperature and at high temperature (650°C) close to that of the deposits. These experiments helped to identify wall effects phenomena within the fluidized bed, which can lead to heterogeneous deposits or particles agglomeration. Some dimensions of the fluidization columns and operating conditions allowing a satisfactory fluidization of the powder were identified, paving the way for the study of silicon deposition. Several campaigns of deposition experiments on the surrogate powder and then on the U(Mo) powder were carried out in the second axis of the study. The influence of the bed temperature, the inlet molar fraction of silane diluted in argon, and the total gas flow of fluidization, was examined for different diameters of reactor and for various masses of powder. Morphological and structural characterization analyses (SEM, XRD…) revealed a uniform silicon deposition on all the powder and around each particle, mostly crystallized and whose thickness reached the objectives. Specific recommendations were proposed to optimize the characteristics of the silicon deposit on the U(Mo) powder by the fluidized bed CVD process
Multiscale modeling of nucleation and growth mechanisms during silicon nanodots LPCVD synthesis for new generation of non volatile memory
No full textL'industrie de la microélectronique est en perpétuelle évolution, surtout concernant la diminution des dimensions des composants. Ainsi, pour les nouvelles générations de mémoires non volatiles Flash, le poly-silicium de la grille flottante pourrait être remplacé par des nanoplots discrets de silicium. L'élaboration de ces nanoplots par LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) à partir de silane SiH4 sur un substrat amorphe SiO2 demeure l'une des voies privilégiées par l'industrie. Le fonctionnement de ce type de mémoires est fortement dépendant des conditions de synthèse des nanoplots de silicium. Ce travail de cette thèse visait donc à améliorer la compréhension des mécanismes de nucléation et de croissance en jeu. Nous avons étudié les premiers instants de la nucléation en chimie quantique, grâce à l'utilisation de la théorie DFT, en considérant l'oxyde de silicium comme surface de dépôt. Des lois cinétiques intrinsèques ont été tirées de ces résultats DFT et elles ont été implémentées dans un modèle de simulation à l'échelle du procédé industriel, sur la base du code de CFD Fluent. Pour la nucléation, il est apparu que seul le silylène, SiH2, peut se chimisorber à la surface du substrat. De plus, sa faible concentration et la première désorption de H2, qui est très lente, expliquent le temps d'incubation. Pour la croissance, le caractère auto-catalytique des dépôts a été expliqué par la contribution très forte du silane au dépôt dès la seconde chimisorption. L'étape limitant la croissance est clairement la désorption de H2. La réalisation d'essais expérimentaux et la comparaison avec le modèle multi-échelles issu de notre travail a permis d'expliquer pourquoi les cinétiques classiques de la littérature surestiment la vitesse de dépôt des nanoplots. Il est aussi apparu que la vitesse de dépôt du silicium sur des nanoplots en croissance est plus forte que celle d'un film de silicium continu « épais ». La prise en compte des sites de chimisorption lors des premiers instants et la description détaillée de la désorption de H2 sont des paramètres clés pour rendre compte du comportement des dépôts de nanoplots de silicium.The need of high integrated systems of the everyday life involves a permanent evolution of the microelectronic industry. Integrated circuits involving non volatile Flash memories are good examples of these trends. In this technology, the poly-silicon floating gate could be replaced by a discrete trap floating gate in which discrete traps are made up of silicon nanodots. The synthesis of nanodots by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) from silane SiH4 on SiO2 surfaces remains one of the most promising ways of industrial synthesis. Despite a huge experimental effort, fundamental understanding of the key mechanisms of nanodots nucleation and growth remains elusive. Here we find the main objectives of the thesis. For nucleation, our main results reveal that only silylene SiH2 is involved in the very first steps of nucleation. The incubation time experimentally observed can be explained by the low SiH2 concentration and the first slow H2 desorption process. For growth, silane is the main responsible for deposition, which explains the autocatalytic behaviour of silicon deposition. The growth limiting step is clearly the H2 desorption process. Comparisons between experimental and multiscale modelling allow to explain why classical kinetics of the literature overestimate nanodots deposition rate. We have found that the silicon deposition rate is higher on nanometer silicon dots than on a continuous silicon film. Key parameters to conveniently model nanodots deposition are good descriptions of the first chemisorption sites and of the H2 desorption process
Graphene synthesis on coper and nickel by catalitic cvd
No full textCette thèse présente la synthèse de graphène par CVD catalytique sur feuille de cuivre, wafers de silicium revêtus de nickel et sur mousse de nickel. Les dépôts ont été réalisé à partir de méthane et d'éthylène. Pour l'ensemble de ces substrats, les études faites ont permis de mieux appréhender les mécanismes de croissance et de déterminer les paramètres opératoires optimaux. Des tests applicatifs ont été effectué pour utiliser le graphène synthétisé comme électrode d'OLED et de batterie Li-ion.This study concerns graphene synthesis by catalytic CVD (Chemical Vapor Deposition) on copper foils, silicon wafers coated with nickel and nickel foam. Deposits have been synthesized from methane and ethylene. For the whole substrates studied, the results obtained have allowed to better understand the mechanisms of nucleation/growth of graphene and to determine the optimal operating parameters. Some applicative tests have been performed in the fields of OLED and Li-ion battery
Oxidation in fluidized bed and metal deposition by fluidized-bed CVD on multi-walled carbon nanotubes – Application to the aeronautic industry
No full textCette thèse s’inscrit dans le cadre du développement de nouveaux matériaux composites multifonctionnels, permettant de remplacer l’aluminium en tant qu’élément constituant le packaging de l’électronique embarquée dans les avions, afin de rendre ces derniers plus légers. L’association d’un polymère mécaniquement résistant avec des nano-charges conductrices est une alternative prometteuse. Cette thèse concerne l’étude du procédé de Dépôt Chimique à partir d’une phase Vapeur (CVD) en lit fluidisé pour déposer des métaux conducteurs, tels que le fer et le cuivre, à la surface de nanotubes de carbone multi-parois (MWCNTs) produits industriellement (Arkema Graphistrength®C100), enchevêtrés en pelotes poreuses de 388 μm de diamètre. Tout d’abord, afin d’augmenter la réactivité de surface des nanotubes, un procédé d’oxydation en lit fluidisé a été étudié à température ambiante, à partir de plusieurs mélanges gazeux à base d’ozone. Les diverses analyses réalisées (MET, spectroscopie IR, XPS,..) montrent que des groupements chimiques de type hydroxyl, acide carboxylique, éther, … sont greffés de façon uniforme sur toute la surface externe des MWCNTs et que leurs parois externes sont aussi gravées de façon modérée et localisée. Au final, il apparait que les défauts créés et les fonctions oxygénées greffées ont permis d’accroitre le nombre de sites de nucléation sur la surface des nanotubes et donc la masse de métal déposé. Le dépôt de fer à partir de ferrocène Fe(C5H5)2 a été étudié à haute température (entre 400 et 650°C), sous différentes ambiances gazeuses (azote, hydrogène, air, vapeur d’eau). Les analyses réalisées (MEB-FEG, DRX, MET, ICP-MS, ...) montrent un dépôt uniforme du bord jusqu’au coeur des pelotes, de nanoparticules à base de carbure de fer Fe3C prisonnières de l’enchevêtrement des nanotubes. La présence d’hydrogène a permis de minimiser la formation parasite de nano-objets (tubes et fibres). Le dépôt de cuivre à partir d’acétylacétonate de cuivre (II) Cu(C5H7O2)2 a été étudié entre 250 et 280°C sous hydrogène. Les caractérisations réalisées indiquent que des nanoparticules de Cu pur ont été déposées sur l’ensemble des parois externes des MWCNTs, du bord au coeur des pelotes. L’ensemble des résultats obtenus démontre que le procédé de CVD en lit fluidisé est capable de déposer de façon uniforme des métaux à la surface de nanotubes de carbone enchevêtrés en pelotes poreuses, pour des conditions opératoires spécifiquement choisies.This Ph.D project is part of the development of new composite multi-functional materials allowing replacing aluminum in the on-board electronic packaging of airplanes, to make them lighter. The combination of a polymer mechanically resistant with conductive nano-fillers is a promising alternative. The thesis concerns the study of the Fluidized Bed Chemical Vapor Deposition (CVD) process of conductive metals, such as iron and copper, on the surface of industrial multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs, Arkema Graphistrength®C100) tangled in porous balls of 388 μm in diameter. First, in order to increase the surface reactivity of nanotubes, an oxidation process in fluidized bed has been studied at room temperature, from several gaseous mixtures containing ozone. The various analyses (TEM, IR spectroscopy, XPS, …) show that hydroxyl, carboxylic acid, ether, … chemical bonds are grafted uniformly on all the outer surface of MWCNTs and that their outer walls are locally and moderately etched. At the end, it appears that the created defects and the oxygen containing bonds have allowed to increase the number of nucleation sites on the nanotubes surface and then the weight of the deposited metal. The iron deposit from ferrocene Fe(C5H5)2 has been studied at high temperature (between 400 and 650°C) under different gaseous atmospheres (nitrogen, hydrogen, air, water vapor). The analyses (FEG SEM, XRD, TEM, ICP-MS, ...) show a uniform deposit from the outer part to the center of the balls, of nanoparticles containing iron carbide Fe3C. The presence of hydrogen has allowed minimizing the parasitic formation of nano-objects (tubes and fibers). The copper deposition from copper (II) acetylacetonate Cu(C5H7O2)2 has been studied at 250-280°C under hydrogen. The characterizations indicate that nanoparticles of pure copper have been deposited on all the MWCNT outer walls, from the outer part to the center of the balls. The whole results obtained prove that the Fluidized Bed CVD process is able to deposit uniformly metals on the outer surface of MWCNTs tangled in porous balls, for specifically chosen operating conditions
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Investigation of an oxidative chemical vapor deposition process of thin films of PEDOT conductive polymer
No full textLes propriétés électriques et optiques prometteuses du poly (3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) font de ce polymère conducteur un matériau de choix pour les futurs dispositifs optoélectroniques organiques flexibles à bas coût tels que les cellules photovoltaïques et les diodes électroluminescentes (OLEDs). Le dépôt chimique à partir d’une phase vapeur oxydative (oCVD) est une technologie en voie sèche originale pour déposer des films minces de PEDOT sur une large gamme de substrats, à partir de vapeurs de monomère et d’oxydant à des températures inférieures à 150°C sous pression réduite. Cette thèse a permis le développement d’un procédé robuste et l’établissement de corrélations détaillées entre les paramètres opératoires et les caractéristiques des films, en vue de contrôler et optimiser leur épaisseur, leur composition chimique, leur morphologie et leur conductivité électrique. Grâce à une série d'expériences de dépôt entre 20 °C et 100 °C utilisant du trichlorure de fer (FeCl3) et du pentachlorure d'antimoine (SbCl5) comme oxydants, des films de PEDOT d’épaisseur comprises entre 10 et 400 nm présentant des conductivités électriques allant jusqu'à 1350 S/cm et une transmittance optique de 96% ont été produits sur des plaquettes de silicium de 10 cm et des substrats originaux (papier, membranes polymères, graphite, ...). Les résultats ont démontré que la formation de PEDOT se produit uniformément par des réactions purement surfaciques, même sur substrats complexes. Des premiers tests applicatifs prometteurs de ces films de PEDOT ont été menés dans des OLEDs, en tant que substrats pour la croissance de cellules animales et pour modifier la perméabilité de membranes polymères.Promising electrical and optical properties of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) make this conducting polymer a key material for flexible and low cost optoelectronic organic devices e.g. photovoltaics and light-emitting diodes (OLEDs). Oxidative chemical vapor deposition (oCVD) is an original dry-mode technique to produce thin films of PEDOT on a wide range of substrates from monomer and oxidant vapors, at temperatures lower than 150°C under reduced pressure. This thesis allowed to develop a robust process and to establish detailed correlations between the deposition parameters and the film characteristics in order to control and optimize their thickness, chemical composition, morphology and electrical conductivity. Through a series of deposition experiments between 20 °C and 100 °C using iron trichloride (FeCl3) and antimony pentachloride (SbCl5) as the oxidant, 10-400 nm PEDOT films with electrical conductivities up to 1350 S/cm and 96% optical transmittance were produced on 10 cm silicon wafers and original substrates (paper, polymeric membranes, graphite, ...). The results demonstrate that the formation of PEDOT occurred uniformly into the reactor, even on complex substrates, through purely surface reactions. Finally, first promising applicative tests of these PEDOT films were conducted for OLEDs, as substrates for animal cell growth and membrane permeability modification
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
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